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JP7828224B2 - Grinding wheel manufacturing method and grinding wheel - Google Patents
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JP7828224B2 - Grinding wheel manufacturing method and grinding wheel - Google Patents

Grinding wheel manufacturing method and grinding wheel

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Description

本発明は、被加工物を研削する際に使用される研削ホイールの製造方法、及び、研削ホイールに関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a grinding wheel used when grinding a workpiece, and to a grinding wheel.

携帯電話、パーソナルコンピュータ等の電子機器には、IC(Integrated Circuit)等のデバイスを含むデバイスチップが搭載されている。デバイスチップを製造する際には、例えば、複数のデバイスが表面側に形成されたウェーハの裏面側を研削して薄化した後、ウェーハを切削してデバイス単位に分割する。 Electronic devices such as mobile phones and personal computers are equipped with device chips containing devices such as ICs (Integrated Circuits). When manufacturing device chips, for example, the backside of a wafer on which multiple devices are formed on the front side is ground to thin it, and then the wafer is cut and divided into individual devices.

ウェーハを研削する際には、研削装置が使用される。例えば、ウェーハの裏面側に対して、粗研削ユニットを用いて粗研削を施した後、仕上げ研削ユニットを用いて仕上げ研削を施す研削装置が知られている(特許文献1参照)。 When grinding wafers, a grinding device is used. For example, a grinding device is known that performs rough grinding on the backside of a wafer using a rough grinding unit, and then performs finish grinding using a finish grinding unit (see Patent Document 1).

粗研削ユニットは、鉛直方向に略平行に配置された第1のスピンドルを有する。第1のスピンドルの下端部には、粗研削ホイールが装着されている。同様に、仕上げ研削ユニットは、鉛直方向に略平行に配置された第2のスピンドルを有する。第2のスピンドルの下端部には、仕上げ研削ホイールが装着されている。 The rough grinding unit has a first spindle arranged approximately parallel to the vertical direction. A rough grinding wheel is attached to the lower end of the first spindle. Similarly, the finish grinding unit has a second spindle arranged approximately parallel to the vertical direction. A finish grinding wheel is attached to the lower end of the second spindle.

粗研削ホイール、仕上げ研削ホイール等の研削ホイールは、金属で形成された環状基台を有する。環状基台の一面側には、環状基台の周方向に沿って所定の幅を有する環状溝が形成されている。この環状溝には、複数の研削砥石(以下、研削砥石を単に砥石と表記する)が、環状基台の周方向に沿って略等間隔に配置される。 Grinding wheels, such as rough grinding wheels and finish grinding wheels, have an annular base made of metal. An annular groove of a predetermined width is formed on one side of the annular base along the circumferential direction of the annular base. Multiple grinding wheels (hereinafter referred to simply as grinding wheels) are arranged in this annular groove at approximately equal intervals along the circumferential direction of the annular base.

各砥石は、接着剤により環状基台に固定される。しかし、環状溝の幅は数mmと僅かであり、更に、各砥石はその刃厚の厚さ方向において半分以上が環状基台の一面から突出するので、環状基台に対して砥石が十分な接着力で固定されていないと、研削中に砥石が環状基台から脱落してしまうという問題がある。 Each grinding wheel is fixed to the annular base with adhesive. However, the width of the annular groove is only a few millimeters, and more than half of each grinding wheel protrudes from one side of the annular base in the thickness direction of the blade. Therefore, if the grinding wheel is not fixed to the annular base with sufficient adhesive strength, the grinding wheel may fall off the annular base during grinding.

特開2000-288881号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-288881

本発明は係る問題点に鑑みてなされたものであり、環状基台に対する砥石の接着力を向上させることを目的とする。 The present invention was made in consideration of these problems, and aims to improve the adhesive strength of the grinding wheel to the annular base.

本発明の一態様によれば、研削ホイールの製造方法であって、金属材料で形成され一面において周方向に沿って環状溝が形成された環状基台の該環状溝に超音波振動付与ユニットから水を介して超音波振動を付与することにより、該環状溝の側面及び底面の一方又は両方に凹凸を形成する凹凸形成工程と、該凹凸形成工程の後、複数の砥石を該環状溝に接着剤で固定する砥石固定工程と、を備える研削ホイールの製造方法が提供される。 According to one aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a grinding wheel, comprising: an annular base formed of a metal material and having an annular groove formed circumferentially on one side thereof; an unevenness forming step for forming unevenness on one or both of the side and bottom surfaces of the annular groove by applying ultrasonic vibrations from an ultrasonic vibration imparting unit via water to the annular groove; and a grinding wheel fixing step for fixing a plurality of grinding wheels to the annular groove with an adhesive after the unevenness forming step.

本発明の他の態様によれば、研削ホイールであって、金属材料で形成され周方向に沿って設けられた環状溝を一面に有する環状基台と、接着剤で該環状溝に固定された複数の砥石と、を備え、該環状溝の側面には、該周方向に直交する厚さ方向において周期的な第1の凹凸が形成されており、該環状溝の底面には、該周方向及び該厚さ方向に直交する径方向において周期的な第2の凹凸が形成されており、該環状溝の側面及び底面の一方又は両方には、該第1の凹凸及び該第2の凹凸よりも小さな深さを有する第3の凹凸が形成されている研削ホイールが提供される。 According to another aspect of the present invention, there is provided a grinding wheel comprising: an annular base formed of a metal material and having an annular groove formed on one surface thereof along a circumferential direction; and a plurality of grinding stones fixed to the annular groove with an adhesive, wherein a first periodic asperity is formed on the side surface of the annular groove in a thickness direction perpendicular to the circumferential direction; a second periodic asperity is formed on the bottom surface of the annular groove in a radial direction perpendicular to the circumferential direction and the thickness direction; and a third asperity having a depth smaller than that of the first asperity and the second asperity is formed on one or both of the side surface and the bottom surface of the annular groove.

本発明の一態様に係る研削ホイールの製造方法では、環状基台の環状溝に超音波振動付与ユニットから水を介して超音波振動を付与することにより、環状溝の側面及び底面の一方又は両方に凹凸を形成する(凹凸形成工程)。超音波振動の付与により環状溝に形成された凹凸が、環状基台と接着剤との接触面積を増加させるので、環状基台に対する砥石の接着力を向上させることができる。 In one aspect of the present invention, a method for manufacturing a grinding wheel involves applying ultrasonic vibrations to the annular groove of the annular base via water from an ultrasonic vibration applying unit, thereby forming irregularities on one or both of the side and bottom surfaces of the annular groove (irregularity forming process). The irregularities formed in the annular groove by applying ultrasonic vibrations increase the contact area between the annular base and the adhesive, thereby improving the adhesive strength of the grinding wheel to the annular base.

また、本発明の他の態様に係る研削ホイールは、環状溝の側面及び底面の一方又は両方には、第1の凹凸及び第2の凹凸よりも小さな深さを有する第3の凹凸が形成されている。第3の凹凸により環状基台と接着剤との接触面積が増加するので、環状基台に対する砥石の接着力を向上させることができる。 In addition, a grinding wheel according to another aspect of the present invention has third asperities formed on one or both of the side and bottom surfaces of the annular groove, the third asperities having a depth smaller than the first and second asperities. The third asperities increase the contact area between the annular base and the adhesive, thereby improving the adhesive strength of the grinding wheel to the annular base.

研削ホイールの製造方法のフロー図である。FIG. 1 is a flow diagram of a method for manufacturing a grinding wheel. 凹凸形成工程を示す図である。10A and 10B are diagrams illustrating a step of forming irregularities. 図3(A)は環状溝の拡大断面図であり、図3(B)は図3(A)における領域Aの拡大図である。FIG. 3A is an enlarged cross-sectional view of the annular groove, and FIG. 3B is an enlarged view of region A in FIG. 3A. 砥石固定工程を示す図である。FIG. 研削ホイールの斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a grinding wheel. 万能試験機の概要図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a universal testing machine. 片持ち梁状の砥石の曲げ試験の試験結果を示すグラフである。10 is a graph showing test results of a bending test of a cantilever grinding wheel. 円盤状基台の平面図である。FIG. 図9(A)は超音波振動が付与されていない領域Bの拡大写真であり、図9(B)は円盤状基台の断面の輪郭の模式図である。FIG. 9(A) is an enlarged photograph of an area B to which ultrasonic vibration is not applied, and FIG. 9(B) is a schematic diagram of the cross-sectional outline of the disk-shaped base. 図10(A)は切削加工及びサンドブラスト加工後の領域Bの拡大写真であり、図10(B)は円盤状基台の断面の輪郭の模式図である。FIG. 10(A) is an enlarged photograph of region B after cutting and sandblasting, and FIG. 10(B) is a schematic diagram of the cross-sectional outline of the disk-shaped base. 図11(A)は切削加工及び超音波振動付与後の領域Bの拡大写真であり、図11(B)は円盤状基台の断面の輪郭の模式図である。FIG. 11(A) is an enlarged photograph of region B after cutting and application of ultrasonic vibration, and FIG. 11(B) is a schematic diagram of the cross-sectional outline of the disk-shaped base.

添付図面を参照して、本発明の一態様に係る実施形態について説明する。図1は、研削ホイール2(図5参照)の製造方法のフロー図である。まずは、図4及び図5を参照して、環状基台4に複数の砥石6が固定された研削ホイール2の構造について説明する。 An embodiment of one aspect of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Figure 1 is a flow diagram of a method for manufacturing a grinding wheel 2 (see Figure 5). First, with reference to Figures 4 and 5, the structure of the grinding wheel 2, in which multiple grinding wheels 6 are fixed to an annular base 4, will be described.

研削ホイール2は、例えば、アルミニウム合金等の金属材料で形成された環状基台4を有する。環状基台4は、互いに概ね平行に配置された環状の一面4aと環状の他面4bとを有する。環状基台4の一面4a側(図5での上面側)には、後述する砥石6が固定される。 The grinding wheel 2 has an annular base 4 made of a metal material such as an aluminum alloy. The annular base 4 has an annular surface 4a and an annular surface 4b arranged generally parallel to each other. A grinding stone 6 (described below) is fixed to the surface 4a of the annular base 4 (the upper surface in Figure 5).

これに対して、他面4b側(図5での下上面側)は、ボルト等によりホイールマウント(不図示)に固定される。一面4a及び他面4bの外径は略同じであり、環状基台4の外周側面は、一面4a及び他面4bに略垂直な円筒側面である。 In contrast, the other surface 4b (the lower-upper surface in Figure 5) is fixed to a wheel mount (not shown) with bolts or the like. The outer diameters of the one surface 4a and the other surface 4b are approximately the same, and the outer peripheral side surface of the annular base 4 is a cylindrical side surface that is approximately perpendicular to the one surface 4a and the other surface 4b.

これに対して、一面4aの内径は、他面4bの内径よりも大きい。それゆえ、環状基台4の内周側面の一部には、傾斜面が形成されている。なお、環状基台4の径方向4Bの中央部には、一面4aから他面4bまで貫通する開口部4cが形成されている。 In contrast, the inner diameter of one surface 4a is larger than the inner diameter of the other surface 4b. Therefore, an inclined surface is formed on part of the inner peripheral side surface of the annular base 4. Furthermore, an opening 4c is formed in the center of the annular base 4 in the radial direction 4B, penetrating from one surface 4a to the other surface 4b.

一面4aには、環状基台4の周方向4Aに沿う環状溝4dが形成されている。環状溝4dの幅は、例えば、2.0mm以上4.0mm以下の所定値である。環状溝4dには、複数の砥石6が略等間隔に配置されている。 An annular groove 4d is formed on one surface 4a, extending along the circumferential direction 4A of the annular base 4. The width of the annular groove 4d is a predetermined value, for example, between 2.0 mm and 4.0 mm. Multiple grinding wheels 6 are arranged at approximately equal intervals in the annular groove 4d.

各砥石6は、例えば、金属、セラミックス、樹脂等の結合材と、ダイヤモンド、cBN(cubic boron nitride)等の超砥粒と、を混合した後、成型、焼成等経て形成される。各砥石6は、環状溝4dの幅と略同じ幅6a(即ち、セグメント幅)を有する。 Each grinding wheel 6 is formed by mixing a binder such as metal, ceramic, or resin with superabrasive grains such as diamond or cBN (cubic boron nitride), and then molding and firing the mixture. Each grinding wheel 6 has a width 6a (i.e., segment width) that is approximately the same as the width of the annular groove 4d.

各砥石6の基端部6b(図4参照)は、接着剤7で環状溝4dに固定される。本実施形態の接着剤7は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂であるが、接着剤7は、この例に限定されるものではない。 The base end 6b of each grinding wheel 6 (see Figure 4) is fixed to the annular groove 4d with adhesive 7. In this embodiment, the adhesive 7 is a thermosetting resin such as epoxy resin, but the adhesive 7 is not limited to this example.

固定された砥石6の高さ6cのうち2/3以上は一面4aよりも突出している。砥石6の高さ6cのうち一面4aから突出する領域の長さは、セグメント高さと呼ばれる。セグメント高さは、例えば、4.0mm以上15.0mm以下の所定値である。 At least two-thirds of the height 6c of the fixed grinding wheel 6 protrudes above the surface 4a. The length of the portion of the height 6c of the grinding wheel 6 that protrudes above the surface 4a is called the segment height. The segment height is a predetermined value, for example, between 4.0 mm and 15.0 mm.

環状基台4の径方向4Bにおいて一面4aの環状溝4dよりも内側には、複数の研削液供給口8が形成されている。各研削液供給口8は、環状基台4の周方向4Aに沿って略等間隔に配置されている。研削時には、純水等の研削水(不図示)が各研削液供給口8から砥石6へ供給される。 Multiple grinding fluid supply ports 8 are formed inward from the annular groove 4d on one surface 4a in the radial direction 4B of the annular base 4. Each grinding fluid supply port 8 is arranged at approximately equal intervals along the circumferential direction 4A of the annular base 4. During grinding, grinding fluid (not shown), such as pure water, is supplied to the grinding wheel 6 from each grinding fluid supply port 8.

次に、図1に示すフロー図に従って、研削ホイール2の製造方法について説明する。本実施形態に係る研削ホイール2の製造方法では、まず、図2に示す様に、純水等の水10を介して環状溝4dに超音波振動を付与することにより、環状溝4dに凹凸を形成する(凹凸形成工程S10)。なお、以下では、凹凸形成工程S10において超音波振動の付与により環状溝4dに形成される凹凸を、第3の凹凸4e(図3(B)参照)と称する。 Next, a method for manufacturing the grinding wheel 2 will be described with reference to the flow chart shown in Fig. 1. In the method for manufacturing the grinding wheel 2 according to this embodiment, first, as shown in Fig. 2, ultrasonic vibrations are applied to the annular groove 4d through water 10, such as pure water, to form irregularities in the annular groove 4d (irregularity forming step S10). Note that, hereinafter, the irregularities formed in the annular groove 4d by applying ultrasonic vibrations in the irregularity forming step S10 will be referred to as third irregularities 4e3 (see Fig. 3(B)).

図2は、凹凸形成工程S10を示す図である。凹凸形成工程S10では、まず、所定量の水10が収容された水槽12に、一面4aが上方を向く様に環状基台4を浸漬させる。そして、超音波振動付与ユニット14の振動増幅伝達部16の下端16aを環状溝4d内に配置した状態で、振動増幅伝達部16から超音波振動を付与する。 Figure 2 shows the unevenness formation process S10. In the unevenness formation process S10, the annular base 4 is first immersed in a water tank 12 containing a predetermined amount of water 10, with one surface 4a facing upward. Then, with the lower end 16a of the vibration amplification transmission part 16 of the ultrasonic vibration imparting unit 14 positioned within the annular groove 4d, ultrasonic vibrations are imparted from the vibration amplification transmission part 16.

なお、本実施形態の超音波振動付与ユニット14は、圧電素子を含むボルト締めランジュバン型振動子(即ち、BLT:Bolt-clamped Langevin-type Transducer)を有する。BLTには、超音波振動を増幅するためのコニカル型のホーン(振動増幅部)が接続されている。 In this embodiment, the ultrasonic vibration imparting unit 14 has a bolt-clamped Langevin-type transducer (BLT) that includes a piezoelectric element. A conical horn (vibration amplifier) is connected to the BLT to amplify the ultrasonic vibrations.

また、ホーンの先端部には、ホーンで増幅された超音波振動を伝達するための円柱形状の振動伝達棒(振動伝達部)が接続されており、ホーン及び振動伝達棒が振動増幅伝達部16を構成している。しかし、超音波振動付与ユニット14の構成は、この例に限定されるものではない。 In addition, a cylindrical vibration transmission rod (vibration transmission unit) is connected to the tip of the horn to transmit the ultrasonic vibrations amplified by the horn, and the horn and vibration transmission rod form the vibration amplification transmission unit 16. However, the configuration of the ultrasonic vibration imparting unit 14 is not limited to this example.

超音波振動付与ユニット14には、高周波電気信号を発生させる発振器(不図示)が電気的に接続されている。発振器から供給される高周波電気信号により超音波振動付与ユニット14が超音波振動を発生させる。 An oscillator (not shown) that generates a high-frequency electrical signal is electrically connected to the ultrasonic vibration imparting unit 14. The high-frequency electrical signal supplied from the oscillator causes the ultrasonic vibration imparting unit 14 to generate ultrasonic vibrations.

本実施形態の凹凸形成工程S10では、超音波振動の周波数を16kHz以上100kHz以下の所定値(例えば、20kHz)とし、出力を5.0W以上100W以下の所定値(例えば、30W)とする。 In the unevenness formation process S10 of this embodiment, the frequency of the ultrasonic vibrations is set to a predetermined value of 16 kHz or more and 100 kHz or less (e.g., 20 kHz), and the output is set to a predetermined value of 5.0 W or more and 100 W or less (e.g., 30 W).

更に、環状基台4に対して超音波振動付与ユニット14を静止した状態で1分以上(より好ましくは3分以上)超音波振動を付与した後、環状溝4dの周方向4Aに沿って所定距離だけ超音波振動付与ユニット14を平行移動させる。 Furthermore, ultrasonic vibrations are applied to the annular base 4 for at least one minute (more preferably at least three minutes) while the ultrasonic vibration imparting unit 14 is stationary, and then the ultrasonic vibration imparting unit 14 is translated a predetermined distance along the circumferential direction 4A of the annular groove 4d.

この様にして、超音波振動の付与と、超音波振動付与ユニット14の平行移動と、を交互に繰り返すことで、環状溝4dの周方向4Aの全体に亘って超音波振動を付与する。これにより、環状溝4dの側面4d(内周側面4d1A及び外周側面4d1B)並びに底面4dの一方又は両方に、第3の凹凸4eを形成する。 In this way, ultrasonic vibrations are applied to the entire annular groove 4d in the circumferential direction 4A by alternately repeating the application of ultrasonic vibrations and the translation of the ultrasonic vibration applying unit 14. As a result, third asperities 4e3 are formed on one or both of the side surface 4d1 (inner peripheral side surface 4d1A and outer peripheral side surface 4d1B ) and the bottom surface 4d2 of the annular groove 4d.

なお、水10には、環状基台4に対して傷をつけるための砥粒等は含まれていない。それゆえ、第3の凹凸4eは、例えば、気泡が破裂することで生じた衝撃波(即ち、キャビテーション効果)により形成されると推測される。 The water 10 does not contain abrasive grains or the like that may scratch the annular base 4. Therefore, it is presumed that the third irregularities 4e3 are formed by, for example, shock waves (i.e., cavitation effect) generated by the bursting of bubbles.

ところで、図3(A)に示す様に、側面4d(内周側面4d1A及び外周側面4d1B)、並びに、底面4dの各々には、マシニングセンタ(Machining Center)を用いて環状基台4を切削加工する際に形成された周期的な凹凸が残存している。 As shown in Figure 3(A), periodic irregularities formed when cutting the annular base 4 using a machining center remain on each of the side surfaces 4d1 (inner peripheral side surface 4d1A and outer peripheral side surface 4d1B ) and the bottom surface 4d2 .

より具体的には、内周側面4d1A及び外周側面4d1Bには、環状基台4の厚さ方向4Cに沿って周期的な第1の凹凸4eが形成されている。本実施形態の第1の凹凸4eは、周方向4Aに沿って延伸している互いに略平行な複数の溝である。 More specifically, first irregularities 4e1 are formed periodically on the inner peripheral side surface 4d1A and the outer peripheral side surface 4d1B along the thickness direction 4C of the annular base 4. The first irregularities 4e1 in this embodiment are a plurality of grooves that are approximately parallel to one another and extend along the circumferential direction 4A.

同様に、底面4dには、環状基台4の径方向4Bに沿って周期的な第2の凹凸4eが形成されている。本実施形態の第2の凹凸4eも、周方向4Aに沿って延伸している互いに略平行な複数の溝である。図3(A)は、環状溝4dの拡大断面図である。 Similarly, second irregularities 4e2 are formed periodically on the bottom surface 4d2 along the radial direction 4B of the annular base 4. The second irregularities 4e2 in this embodiment are also a plurality of grooves that are approximately parallel to one another and extend along the circumferential direction 4A. Fig. 3(A) is an enlarged cross-sectional view of the annular groove 4d.

なお、図3(A)にそれぞれ示す環状基台4の周方向4A、径方向4B、及び、厚さ方向4Cは、互いに直交する。また、図3(A)では、説明の便宜上、側面4dの第1の凹凸4eと、底面4dの第2の凹凸4eとを誇張して大きく描いているが、実際には、第1の凹凸4e及び第2の凹凸4eは、非常に微小である。 3A, the circumferential direction 4A, the radial direction 4B, and the thickness direction 4C of the annular base 4 are perpendicular to one another. For ease of explanation, the first irregularities 4e1 on the side surface 4d1 and the second irregularities 4e2 on the bottom surface 4d2 are exaggerated in FIG. 3A . However, in reality, the first irregularities 4e1 and the second irregularities 4e2 are very small.

例えば、第1の凹凸4e及び第2の凹凸4eは、80μmから100μm(例えば、90μm)の周期(ピッチ)と、20μmから100μm(例えば、30μm)の深さと、を有する。それゆえ、第1の凹凸4e及び第2の凹凸4eは、通常、肉眼では略見えない。 For example, the first and second irregularities 4e1 and 4e2 have a period (pitch) of 80 μm to 100 μm (e.g., 90 μm) and a depth of 20 μm to 100 μm (e.g., 30 μm). Therefore, the first and second irregularities 4e1 and 4e2 are generally almost invisible to the naked eye.

図3(B)は、図3(A)の底面4dにおける領域Aの拡大図である。なお、図3(B)では、底面4dに形成された第2の凹凸4eのピッチ4f及び深さ4gが示されている。ピッチ4fは、例えば、隣接する2つの山の頂上間の距離であるが、隣接する2つの谷底の間の距離であってもよい。 Fig. 3(B) is an enlarged view of region A on the bottom surface 4d2 in Fig. 3(A). Fig. 3(B) also shows the pitch 4f and depth 4g of the second asperities 4e2 formed on the bottom surface 4d2 . The pitch 4f is, for example, the distance between the tops of two adjacent mountains, but may also be the distance between the bottoms of two adjacent valleys.

また、本実施形態の深さ4gは、粗さ曲線から抜き出された所定の長さ(即ち、基準長さ)において、高さ位置が最も高い山頂と、高さ位置が最も低い谷底との間隔であり、最大高さRz(JIS B 0601:2013、ISO 4287:1997)とも称され、最大高さRy(JIS B 0601:1994)に対応する。 In addition, in this embodiment, depth 4g is the distance between the highest peak and the lowest valley within a given length (i.e., the reference length) extracted from the roughness curve, and is also referred to as maximum height Rz (JIS B 0601:2013, ISO 4287:1997) and corresponds to maximum height Ry (JIS B 0601:1994).

この環状溝4dに対して、凹凸形成工程S10で超音波振動を付与することによって、側面4d及び底面4dの一方又は両方には、図3(B)に示す様に、第3の凹凸4eが形成される。 By applying ultrasonic vibration to this annular groove 4d in the unevenness forming step S10, third unevenness 4e3 is formed on one or both of the side surface 4d1 and the bottom surface 4d2 , as shown in FIG. 3(B).

底面4dにおける第3の凹凸4eは、周期的な第2の凹凸4eの表面と、凹凸形成工程S10で底面4dに形成された複数の穴と、で構成されている。同様に、側面4dにおける第3の凹凸4eは、周期的な第1の凹凸4eの表面と、凹凸形成工程S10で側面4dに形成された複数の穴と、で構成されている。 The third asperity 4e3 on the bottom surface 4d2 is composed of the surface of the periodic second asperity 4e2 and a plurality of holes formed on the bottom surface 4d2 in the asperity forming step S10. Similarly, the third asperity 4e3 on the side surface 4d1 is composed of the surface of the periodic first asperity 4e1 and a plurality of holes formed on the side surface 4d1 in the asperity forming step S10.

第3の凹凸4eは、第1の凹凸4e及び第2の凹凸4eの深さ4gよりも小さな深さ4h(例えば、10μm)を有する。例えば、図3(B)に示す様に、周期的な第2の凹凸4eの表面に形成された第3の凹凸4eの深さ4hは、穴が形成されいない場合における第2の凹凸4eの表面に対する法線方向での穴の最大深さで規定される。 The third asperity 4e3 has a depth 4h (e.g., 10 μm) that is smaller than the depth 4g of the first asperity 4e1 and the second asperity 4e2 . For example, as shown in FIG. 3B, the depth 4h of the third asperity 4e3 formed on the surface of the periodic second asperity 4e2 is defined as the maximum depth of the holes in the normal direction to the surface of the second asperity 4e2 when no holes are formed.

第3の凹凸4eは、周期的な第1の凹凸4e及び第2の凹凸4eとは異なり、略ランダムに形成される。本実施形態の第3の凹凸4eは、側面4d及び底面4dの両方に形成されているが、底面4dのみに形成されてもよく、側面4dのみに形成されてもよい。 The third asperity 4e3 is formed substantially randomly, unlike the periodic first asperity 4e1 and second asperity 4e2 . In this embodiment, the third asperity 4e3 is formed on both the side surface 4d1 and the bottom surface 4d2 , but may be formed only on the bottom surface 4d2 or only on the side surface 4d1 .

凹凸形成工程S10の後、環状基台4を水槽12から取り出し乾燥させる。そして、環状溝4dに液体の接着剤7を供給した後、複数の砥石6を環状溝4dに挿入する(図4参照)。次いで、接着剤7を固化させることで、各砥石6を接着剤7で環状溝4dに固定する(砥石固定工程S20)。図4は、砥石固定工程S20を示す図である。 After the unevenness forming process S10, the annular base 4 is removed from the water tank 12 and allowed to dry. Liquid adhesive 7 is then supplied to the annular groove 4d, after which multiple grinding wheels 6 are inserted into the annular groove 4d (see Figure 4). The adhesive 7 is then allowed to solidify, thereby fixing each grinding wheel 6 to the annular groove 4d with the adhesive 7 (grinding wheel fixing process S20). Figure 4 shows the grinding wheel fixing process S20.

なお、接着剤7は、熱硬化性樹脂に限定されない。接着剤7は、主剤と硬化剤とを混合することで硬化が開始する2液混合型の常温硬化樹脂や、紫外線の照射により硬化が開始する紫外線硬化樹脂であってもよい。 Note that adhesive 7 is not limited to thermosetting resin. Adhesive 7 may also be a two-part mixture type room temperature curing resin that begins to harden when the base agent and curing agent are mixed, or an ultraviolet curing resin that begins to harden when exposed to ultraviolet light.

図5は、図2に示すフロー図に従って製造された研削ホイール2の斜視図である。本実施形態では、超音波振動の付与により環状溝4dに形成された第3の凹凸4eが、環状基台4と接着剤7との接触面積を増加させるので、環状基台4に対する砥石6の接着力(密着性)を向上させることができる。 Fig. 5 is a perspective view of the grinding wheel 2 manufactured according to the flow diagram shown in Fig. 2. In this embodiment, the third irregularities 4e3 formed in the annular groove 4d by applying ultrasonic vibrations increase the contact area between the annular base 4 and the adhesive 7, thereby improving the adhesive strength (adhesion) of the grinding stone 6 to the annular base 4.

ところで、凹凸形成工程S10では、環状基台4を回転可能なテーブルに配置し、当該テーブルを所定の回転数で比較的ゆっくりと回転させることもできる。また、テーブルの回転に代えて、環状溝4dに嵌合可能なリング状の振動伝達部(不図示)を振動増幅伝達部16に用い、環状溝4dの全体に一斉に超音波振動を付与してもよい。 In the unevenness forming process S10, the annular base 4 can be placed on a rotatable table, and the table can be rotated relatively slowly at a predetermined rotation speed. Instead of rotating the table, a ring-shaped vibration transmission unit (not shown) that can fit into the annular groove 4d can be used as the vibration amplification transmission unit 16, and ultrasonic vibrations can be applied to the entire annular groove 4d simultaneously.

凹凸形成工程S10では、水10が収容された水槽12に環状基台4を浸漬させることに代えて、振動増幅伝達部16と環状溝4dとの間に、ノズル(不図示)から純水等の水10を供給しながら、環状溝4dに超音波振動を付与してもよい。 In the unevenness forming process S10, instead of immersing the annular base 4 in a water tank 12 containing water 10, ultrasonic vibrations may be applied to the annular groove 4d while water 10, such as pure water, is supplied from a nozzle (not shown) between the vibration amplification transmission unit 16 and the annular groove 4d.

次に、図6から図11を参照して、曲げ試験の実験結果について説明する。本実験では、株式会社島津製作所製の万能試験機(型番:AG50-kNG)20を用いた。まず、図6を参照し、万能試験機20の構成について説明する。図6は、万能試験機20の概要図である。 Next, the experimental results of the bending test will be explained with reference to Figures 6 to 11. In this experiment, a universal testing machine (model number: AG50-kNG) 20 manufactured by Shimadzu Corporation was used. First, the configuration of the universal testing machine 20 will be explained with reference to Figure 6. Figure 6 is a schematic diagram of the universal testing machine 20.

万能試験機20は、Z軸方向に沿って降下可能に構成された圧子22を有する。圧子22は直径3mmの円柱形状を有し、円柱の長さ方向がZ軸方向に直交する様に配置されている。本実験では、万能試験機20の底部に設けられた万力24で試験片11を固定し、1mm/minで圧子22を下降させた。 The universal testing machine 20 has an indenter 22 that can be lowered along the Z-axis direction. The indenter 22 has a cylindrical shape with a diameter of 3 mm and is positioned so that the longitudinal direction of the cylinder is perpendicular to the Z-axis direction. In this experiment, the test piece 11 was fixed in place by a vice 24 attached to the bottom of the universal testing machine 20, and the indenter 22 was lowered at a rate of 1 mm/min.

本実験で使用した試験片11は、アルミニウム合金で形成された円盤状基台13を有する。円盤状基台13の一面13aは、マシニングセンタを用いて切削加工されており、上述の環状基台4の側面4d及び底面4dと同様に、周期的な凹凸が残存している(図9(A)、図9(B)等参照)。 The test piece 11 used in this experiment had a disk-shaped base 13 made of an aluminum alloy. One surface 13a of the disk-shaped base 13 was machined using a machining center, and periodic irregularities remained, similar to the side surface 4d1 and the bottom surface 4d2 of the annular base 4 described above (see Figures 9(A) and 9(B), etc.).

円盤状基台13の一面13aに形成された凹凸のピッチは約90μmであり、当該凹凸の深さ(Rz)は、約30μmである。環状溝4dに挿入される砥石6の基端部6b側に対応する砥石6の一面6dを、接着剤7で円盤状基台13の一面13aに固定した。 The pitch of the irregularities formed on one surface 13a of the disk-shaped base 13 is approximately 90 μm, and the depth (Rz) of the irregularities is approximately 30 μm. The surface 6d of the grinding wheel 6 corresponding to the base end 6b of the grinding wheel 6 inserted into the annular groove 4d was fixed to the surface 13a of the disk-shaped base 13 with adhesive 7.

なお、上述の凹凸形成工程S10を経ていない円盤状基台13と、接着剤7が塗布される一面13aの所定領域に凹凸形成工程S10の手法で超音波振動を付与した円盤状基台13と、を準備した。 In addition, we prepared a disk-shaped base 13 that had not undergone the above-mentioned unevenness formation process S10, and a disk-shaped base 13 to which ultrasonic vibrations had been applied using the unevenness formation process S10 in a predetermined area of the surface 13a to which the adhesive 7 was applied.

具体的には、上述の凹凸形成工程S10を経ていない円盤状基台13に砥石6が接着剤7で固定された第1の試験片11を2個、凹凸形成工程S10での超音波振動を付与する時間を30秒とした第2の試験片11を2個、作成した。 Specifically, two first test pieces 11 were created in which a grinding wheel 6 was fixed with adhesive 7 to a disk-shaped base 13 that had not undergone the above-mentioned unevenness formation process S10, and two second test pieces 11 in which the ultrasonic vibrations were applied for 30 seconds during the unevenness formation process S10.

更に、凹凸形成工程S10での超音波振動を付与する時間を1分とした第3の試験片11を2個、凹凸形成工程S10での超音波振動を付与する時間を3分とした第4の試験片11を2個、作成した。 Furthermore, two third test pieces 11 were created in which the ultrasonic vibrations were applied for one minute during the unevenness formation process S10, and two fourth test pieces 11 were created in which the ultrasonic vibrations were applied for three minutes during the unevenness formation process S10.

なお、接着剤7には、1液加熱硬化型のエポキシ樹脂を用いた。一面13aにおいて砥石6の一面6dに対応する範囲に、この接着剤7を160g/mで塗布し、120℃で2時間かけて固化させた。これにより、一面13aに対して砥石6を片持ち梁状に固定した。 A one-component heat-curing epoxy resin was used as the adhesive 7. The adhesive 7 was applied at 160 g/ m2 to an area of the surface 13a corresponding to the surface 6d of the grinding wheel 6, and then solidified at 120°C for two hours. As a result, the grinding wheel 6 was fixed to the surface 13a in a cantilevered manner.

そして、円盤状基台13を万力24で固定した状態で、砥石6の側面に対して略垂直に圧子22を下降させた。このとき、接着剤7が破断して砥石6が円盤状基台13から剥がれ落ちるまでの間に、圧子22にかかった最大応力(MPa)を測定した。 Then, with the disk-shaped base 13 fixed in place by the vice 24, the indenter 22 was lowered approximately perpendicular to the side of the grinding wheel 6. The maximum stress (MPa) applied to the indenter 22 was measured until the adhesive 7 broke and the grinding wheel 6 peeled off from the disk-shaped base 13.

図7は、片持ち梁状の砥石6の曲げ試験の試験結果を示すグラフである。図7では、それぞれ2個の第1から第4の試験片11において、砥石6が円盤状基台13から剥がれ落ちた際に測定された最大応力のうち小さい方の値(即ち、最小値)を示す。 Figure 7 is a graph showing the results of a bending test on a cantilever-shaped grinding wheel 6. Figure 7 shows the smaller (i.e., minimum) of the maximum stresses measured when the grinding wheel 6 peeled off from the disk-shaped base 13 for each of the first to fourth test pieces 11.

2個の第1の試験片11の試験において圧子22にかかった最大応力の最小値は、122.95MPaであった。また、2個の第2の試験片11の試験において最大応力の最小値は、122.10MPaであった。 The minimum value of the maximum stress applied to the indenter 22 in the test on the two first test pieces 11 was 122.95 MPa. Furthermore, the minimum value of the maximum stress in the test on the two second test pieces 11 was 122.10 MPa.

また、2個の第3の試験片11の試験において最大応力の最小値は、127.35MPaであり、2個の第4の試験片11の試験において最大応力の最小値は、152.85MPaであった。 Furthermore, the minimum maximum stress value in the test on the two third test pieces 11 was 127.35 MPa, and the minimum maximum stress value in the test on the two fourth test pieces 11 was 152.85 MPa.

この様に、超音波振動を付与する時間を長くするほど、円盤状基台13と砥石6とを接着する接着剤7の接着力(密着性)が向上した。実験結果に基づくと、砥石6が固定去れる領域に超音波振動を付与する時間は、1分以上が好ましく、3分以上がより好ましいと言える。 As such, the longer the ultrasonic vibrations were applied, the better the adhesive strength (adhesion) of the adhesive 7 that bonds the disc-shaped base 13 and the grinding wheel 6. Based on the experimental results, it can be said that the time for applying ultrasonic vibrations to the area where the grinding wheel 6 is fixed is preferably 1 minute or more, and more preferably 3 minutes or more.

次に、上述の実験で使用した円盤状基台13の一面13aの観察結果について説明する。図8は、円盤状基台13の平面図である。一面13aにおいて、砥石6が接着剤7で固定される領域のうち一部の領域Bの拡大写真を図9(A)、図10(A)及び図11(A)にそれぞれ示す。 Next, we will explain the observation results of one surface 13a of the disk-shaped base 13 used in the above experiment. Figure 8 is a plan view of the disk-shaped base 13. Figures 9(A), 10(A), and 11(A) show enlarged photographs of region B, a portion of the area on one surface 13a where the grinding wheel 6 is fixed with adhesive 7.

図9(A)は、マシニングセンタを用いた切削加工が施されているが超音波振動が付与されていない円盤状基台13(第1の試験片11に対応する)の一面13aにおける領域Bの拡大写真である。また、図9(B)は、図9(A)における所定方向Cに平行且つ一面13aに直交する平面での円盤状基台13の輪郭の断面の模式図である。 Figure 9(A) is an enlarged photograph of region B on one surface 13a of the disk-shaped base 13 (corresponding to the first test piece 11) that has been machined using a machining center but has not been subjected to ultrasonic vibration. Figure 9(B) is a schematic diagram of a cross section of the outline of the disk-shaped base 13 in a plane parallel to the predetermined direction C in Figure 9(A) and perpendicular to the one surface 13a.

図9(B)の破線は、一面13aに形成されている周期的な凹凸13bの谷底に対応する。この周期的な凹凸13bは、上述の環状溝4dの第1の凹凸4e及び第2の凹凸4eに対応する。 9B corresponds to the bottom of the periodic irregularities 13b1 formed on the surface 13a. These periodic irregularities 13b1 correspond to the first irregularities 4e1 and second irregularities 4e2 of the annular groove 4d.

図10(A)は、マシニングセンタを用いた切削加工及びサンドブラスト加工後の円盤状基台13の一面13aにおける領域Bの拡大写真である。図10(B)は、図10(A)における所定方向Cに平行且つ一面13aに直交する平面での円盤状基台13の断面の輪郭の模式図である。 Figure 10(A) is an enlarged photograph of region B on one surface 13a of the disk-shaped base 13 after cutting using a machining center and sandblasting. Figure 10(B) is a schematic diagram of the cross-sectional outline of the disk-shaped base 13 in a plane parallel to the predetermined direction C in Figure 10(A) and perpendicular to one surface 13a.

図10(B)の破線は、一面13aに形成されていた周期的な凹凸13bが消失していることを意味する。また、図10(B)に示す様に、サンドブラスト加工後の一面13aには、略ランダムに微小な凹凸13cが形成されている。 The dashed lines in Fig. 10(B) indicate that the periodic irregularities 13b1 formed on the surface 13a have disappeared. Also, as shown in Fig. 10(B), minute irregularities 13c are formed in a substantially random pattern on the surface 13a after sandblasting.

サンドブラスト加工では、市販のサンドブラスト装置を使用し、ホワイトアランダム(WA)(即ち、溶融アルミナ)材料で形成され45μm以上75μm以下の中心粒径(即ち、50%径、メディアン径)を有する多角形状の粒体を用いて、0.5MPaで3分間、円盤状基台13を処理した。 For the sandblasting process, a commercially available sandblasting device was used to process the disk-shaped base 13 at 0.5 MPa for 3 minutes using polygonal particles made of white alundum (WA) (i.e., fused alumina) material and having a median diameter (i.e., 50% diameter, median diameter) of 45 μm or more and 75 μm or less.

サンドブラスト加工を施した試験片11においても上述の曲げ試験を行った。サンドブラスト加工を施した2個の試験片11の試験において最大応力の最小値は、136.85MPaであった。 The above-described bending test was also performed on the sandblasted test pieces 11. The minimum maximum stress value in the test on the two sandblasted test pieces 11 was 136.85 MPa.

この様に、サンドブラスト加工は、円盤状基台13と砥石6とを接着する接着剤7の接着力向上に寄与し得る。しかし、サンドブラスト加工を施す場合、高圧で粉体を円盤状基台13に吹き付けるので、粉体が円盤状基台13に付着する。 In this way, sandblasting can contribute to improving the adhesive strength of the adhesive 7 that bonds the disc-shaped base 13 and the grinding wheel 6. However, when sandblasting is performed, powder is sprayed onto the disc-shaped base 13 at high pressure, so the powder adheres to the disc-shaped base 13.

それゆえ、環状基台4にサンドブラスト加工を適用する場合には、加工後に、環状基台4から粉体を除去するために洗浄を行う必要があり、その分だけ工数がかかる。環状基台4にサンドブラスト加工を施す場合も同様の問題がある。 Therefore, when sandblasting the annular base 4, cleaning is required after processing to remove the powder from the annular base 4, which requires additional labor. The same problem occurs when sandblasting the annular base 4.

これに対して、上述の凹凸形成工程S10の様に、超音波振動を付与して凹凸を形成する場合には、砥粒を使用していないので、凹凸形成後の洗浄が不要になるという利点がある。 In contrast, when the irregularities are formed by applying ultrasonic vibrations, as in the irregularity formation process S10 described above, no abrasive grains are used, which has the advantage that cleaning after the irregularities are formed is not required.

図11(A)は、マシニングセンタを用いた切削加工及び超音波振動付与後の領域Bの拡大写真である。なお、図11(A)は、凹凸形成工程S10での超音波振動を付与する時間を3分とした円盤状基台13(第4の試験片11に対応する)の写真である。 Figure 11(A) is an enlarged photograph of region B after cutting using a machining center and application of ultrasonic vibration. Note that Figure 11(A) is a photograph of the disk-shaped base 13 (corresponding to the fourth test piece 11) to which ultrasonic vibration was applied for 3 minutes in the unevenness formation process S10.

図11(B)は、図11(A)における所定方向Cに平行且つ一面13aに直交する平面での円盤状基台13の断面の輪郭の模式図である。図11(B)の破線は、一面13aに形成されている周期的な凹凸13bの谷底に対応する。なお、上述の様に周期的な凹凸13bは、第1の凹凸4e及び第2の凹凸4eに対応する。 Fig. 11(B) is a schematic diagram of the cross-sectional outline of the disk-shaped base 13 on a plane parallel to the predetermined direction C in Fig. 11(A) and perpendicular to the surface 13a. The dashed lines in Fig. 11(B) correspond to the valley bottoms of the periodic irregularities 13b1 formed on the surface 13a. As described above, the periodic irregularities 13b1 correspond to the first irregularities 4e1 and the second irregularities 4e2 .

図11(B)に示す様に、超音波振動を付与することで、切削加工により形成された一面13aの周期的な凹凸13bを残しつつ、凹凸13bよりも微細な凹凸13b(第3の凹凸4eに相当する)を形成できる。 As shown in Figure 11 (B), by applying ultrasonic vibrations, it is possible to form irregularities 13b2 (corresponding to the third irregularities 4e3 ) that are finer than the periodic irregularities 13b1 on one surface 13a formed by cutting processing, while leaving the periodic irregularities 13b1.

超音波振動の付与により形成されたこの微細な凹凸13bが、円盤状基台13と接着剤7との接触面積を増加させるので、円盤状基台13に対する砥石6の接着力(密着性)が向上すると考えられる。 The minute irregularities 13b2 formed by the application of ultrasonic vibrations increase the contact area between the disk-shaped base 13 and the adhesive 7, which is thought to improve the adhesive strength (adhesion) of the grinding wheel 6 to the disk-shaped base 13.

なお、本発明の技術的範囲は上述の実施形態に記載の範囲には限定されない。上述の実施形態に係る構造、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。 The technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above-described embodiments. The structures, methods, etc. described in the above-described embodiments can be modified as appropriate without departing from the scope of the present invention.

一例において、上述の凹凸形成工程S10では、環状基台4の一面4aが上方を向く様に水槽12内の水10に環状基台4を浸漬させたが、水10を介して超音波振動を付与できれば、環状基台4の一面4aは横向きでも下向きでもよい。 In one example, in the unevenness forming process S10 described above, the annular base 4 was immersed in water 10 in a water tank 12 so that one surface 4a of the annular base 4 faced upward, but as long as ultrasonic vibrations can be applied through the water 10, one surface 4a of the annular base 4 may face sideways or downward.

2:研削ホイール、4:環状基台、4A:周方向、4B:径方向、4C:厚さ方向
4a:一面、4b:他面、4c:開口部
4d:環状溝、4d:側面、4d1A:内周側面、4d1B:外周側面、4d:底面
4e:第1の凹凸、4e:第2の凹凸、4e:第3の凹凸(凹凸)
4f:ピッチ、4g:深さ、4h:深さ
6:砥石、6a:幅、6b:基端部、6c:高さ、6d:一面
7:接着剤
8:研削液供給口
10:水、12:水槽
11:試験片
13:円盤状基台、13a:一面、13b、13b、13c:凹凸
14:超音波振動付与ユニット、16:振動増幅伝達部、16a:下端
20:万能試験機、22:圧子、24:万力
A、B:領域、C:所定方向
S10:凹凸形成工程、S20:砥石固定工程
2: Grinding wheel, 4: Annular base, 4A: Circumferential direction, 4B: Radial direction, 4C: Thickness direction 4a: One side, 4b: Other side, 4c: Opening 4d: Annular groove, 4d 1 : Side surface, 4d 1A : Inner peripheral side surface, 4d 1B : Outer peripheral side surface, 4d 2 : Bottom surface 4e 1 : First unevenness, 4e 2 : Second unevenness, 4e 3 : Third unevenness (unevenness)
4f: pitch, 4g: depth, 4h: depth 6: grinding stone, 6a: width, 6b: base end, 6c: height, 6d: one surface 7: adhesive 8: grinding fluid supply port 10: water, 12: water tank 11: test piece 13: disk-shaped base, 13a: one surface, 13b 1 , 13b 2 , 13c: unevenness 14: ultrasonic vibration imparting unit, 16: vibration amplification and transmission part, 16a: lower end 20: universal testing machine, 22: indenter, 24: vice A, B: area, C: predetermined direction S10: unevenness forming process, S20: grinding stone fixing process

Claims (2)

研削ホイールの製造方法であって、
金属材料で形成され一面において周方向に沿って環状溝が形成された環状基台の該環状溝に超音波振動付与ユニットから水を介して超音波振動を付与することにより、該環状溝の側面及び底面の一方又は両方に凹凸を形成する凹凸形成工程と、
該凹凸形成工程の後、複数の砥石を該環状溝に接着剤で固定する砥石固定工程と、
を備えることを特徴とする研削ホイールの製造方法。
A method for manufacturing a grinding wheel, comprising:
an annular base formed of a metal material and having an annular groove formed along a circumferential direction on one surface thereof, and applying ultrasonic vibrations from an ultrasonic vibration imparting unit to the annular groove via water to form irregularities on one or both of a side surface and a bottom surface of the annular groove;
a grindstone fixing step of fixing a plurality of grindstones in the annular groove with an adhesive after the concave-convex forming step;
A method for manufacturing a grinding wheel, comprising:
研削ホイールであって、
金属材料で形成され周方向に沿って設けられた環状溝を一面に有する環状基台と、
接着剤で該環状溝に固定された複数の砥石と、
を備え、
該環状溝の側面には、該周方向に直交する厚さ方向において周期的な第1の凹凸が形成されており、
該環状溝の底面には、該周方向及び該厚さ方向に直交する径方向において周期的な第2の凹凸が形成されており、
該環状溝の側面及び底面の一方又は両方には、該第1の凹凸及び該第2の凹凸よりも小さな深さを有する第3の凹凸が形成されていることを特徴とする研削ホイール。
A grinding wheel comprising:
an annular base formed of a metal material and having an annular groove formed on one surface thereof along a circumferential direction;
a plurality of grinding wheels fixed in the annular groove with an adhesive;
Equipped with
a first concave-convex pattern is formed on a side surface of the annular groove in a thickness direction perpendicular to the circumferential direction,
a second concave-convex pattern is formed on a bottom surface of the annular groove in a radial direction perpendicular to the circumferential direction and the thickness direction,
A grinding wheel characterized in that a third asperity having a depth smaller than that of the first asperity and the second asperity is formed on one or both of the side surface and bottom surface of the annular groove.
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